Основные блоги компьютера

Основные блоки компьютера

Введение

Компьютер имеет следующие  основные блоки:

■Системный блок.

■Монитор.

■Клавиатура.

■Манипуляторы.  

Человек существует в "океане" информации, он постоянно получает информацию из окружающего мира с  помощью органов чувств, хранит ее в своей памяти, анализирует с  помощью мышления и обменивается информацией с другими людьми. Компьютер, так же как и человек, получает информацию, хранит и обрабатывает ее, обменивается ею с другими компьютерами. Компьютер является инструментом, который  помогает человеку ориентироваться  в этом "океане" информации.

Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный  микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Обмен информацией  между отдельными устройствами компьютера производится по магистрали, соединяющей все устройства компьютера.

 

 

Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры:

1. Регламентируются и  стандартизируются только описание  принципа действия компьютера  и его конфигурация (определенная  совокупность аппаратных средств  и соединений между ними). Таким  образом, компьютер можно собирать  из отдельных узлов и деталей,  разработанных и изготовленных  независимыми фирмами-изготовителями.

2. Компьютер легко расширяется  и модернизируется за счёт  наличия внутренних расширительных  гнёзд, в которые пользователь  может вставлять разнообразные  устройства, удовлетворяющие заданному  стандарту, и тем самым устанавливать  конфигурацию своей машины в  соответствии со своими личными  предпочтениями.

Системный блок

В системном блоке находится  вся электронная начинка компьютера:

■материнская (или системная) плата, которая содержит основные компоненты компьютера, определяющие его архитектуру, а именно:

■микропроцессор – для  выполнения вычислений и общего управления компьютером;

■математический сопроцессор  – для увеличения скорости вычислений с числами большой точности. Математический сопроцессор ускоряет расчеты, использующие операции над числами с плавающей  запятой, примерно в 5-15 раз. В процессорах 486DX и PENTIUM сопроцессор уже внедрен  в основной процессор и дополнительной установки не требуется.

■память – для постоянного и временного хранения информации. Выделяют память следующих типов:

■оперативная память –  ОЗУ ¹, RAM (Random Access Memory) ² для хранения выполняемых программ, исходных данных для обработки, для записи промежуточных и окончательных результатов. При выключении компьютера, перезагрузке, случайных сбоях по питанию все содержимое оперативной памяти стирается. Следовательно, при наборе каких-либо данных, текстов и т.д. надо периодически записывать промежуточные результаты на жесткий диск. Объем памяти измеряется в мегабайтах(Mb) и гигабайтах(Gb).

■кэш-память – для ускорения  доступа к оперативной памяти применяется "сверхбыстрая" статическая  память, которая является буфером  между очень быстрым процессором  и более медленной оперативной  памятью.

■ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – служит для хранения программ внутреннего тестирования устройств, программы настройки  конфигурации (SETUP). Совокупность этих микропрограмм называется BIOS (базовая  система ввода-вывода), которая реализована  в виде микросхемы на материнской  плате.

■CMOS – часть микросхемы BIOS, которая питается от специального аккумулятора на системной плате. В  ней хранятся параметры конфигурации компьютера (ОЗУ, тип винчестера, флоппи-дисководы  и т.д.).

■Chipset – набор сверхбольших микросхем, на которых реализована  вся архитектура платы.

■Слоты (шины) расширения для  установки контроллеров и адаптеров накопители информации – для ввода/вывода и хранения информации; По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители можно подразделить на:

■магнитные (жесткий диск, флоппи-дисковод);

■оптические (CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RW – приводы);

■магнитооптические.

■контроллеры и адаптеры – устройства, предназначенные для  передачи информации от материнской  платы к периферийному устройству и обратно; Существует большое количество различных контроллеров и адаптеров. Самыми распространенными из них  являются:

■видеокарта;

■звуковая карта;

■сетевая карта;

■модем.

■блок питания – служит для преобразование напряжения сети 220 В (110 В) в напряжения питания конструктивных элементов компьютера: +12В, +5В и +3,3В.

Материнская плата

 Основным аппаратным компонентом  компьютера является системная  плата. На системной плате реализована  магистраль обмена информацией,  имеются разъемы для установки  процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки  контроллеров внешних устройств. 

Характеристиками системной  платы являются:

■размер платы (Форм фактор);

■тип поддерживаемых процессоров  и соответствующий тип разъема  под процессор;

■Chipset – набор сверхбольших микросхем, на которых реализована  вся архитектура платы;

■тип и число слотов шины расширения (3xISA, 4xPCI, AGP);

■Тип и объем поддерживаемой динамической памяти и наличие соответствующих разъемов под модули памяти;

■Объем и тип кэш-памяти.

Процессор

Процессор аппаратно реализуется  на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом  деле не является "большой" по размеру  и представляет собой, наоборот, маленькую  плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20x20 мм, заключенную  в плоский корпус с рядами металлических  штырьков (контактов).

Использование современных  высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество (42 миллиона в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (переключателей), размеры  которых составляют всего около 0,18 микрон (1 микрон = 10-6 метра).

Эти элементы образуют сложную  структуру, что позволяет процессору производить обработку информации (например, складывать числа) с очень  высокой скоростью. Современные процессоры обладают большим быстродействием, например, процессор Pentium 4 может выполнять обработку информации с частотой в 1,5 ГГц (выполнять 1,5 миллиарда операций в секунду). 

Центральный процессор в  общем случае содержит в себе:

■арифметико-логическое устройство;

■шины данных и шины адресов;

■регистры;

■счетчики команд;

■кэш – очень быструю  память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

■математический сопроцессор  чисел с плавающей точкой

В вычислительной системе  может быть несколько параллельно  работающих процессоров; такие системы  называются многопроцессорными. В характеристиках  компьютера процессор ставят на первое место, так как он в наибольшей степени определяет производительность компьютера. Поэтому при покупке  вначале выбирают именно его, а потом  подбирают остальные устройства: чипсет, оперативную память, системную  плату и т.д.

Одной из главных характеристик  процессора является тактовая частота. Микропроцессор выполняет определенные операции (запись, чтение, обработку  данных) в точно отведенные единицы  времени (такты), что необходимо для  синхронизации процесса. Обработка  информации тем быстрее, чем выше тактовая частота. Измеряется она в  МГц (MHz, мегагерцах) и ГГц (GHz, гигагерцах). Различают частоту ядра процессора (внутреннюю) и частоту системной  шины (внешнюю).

Внешняя тактовая частота (частота  шины процессора) формируется генератором  импульсов на системной плате  и определяет производительность ядра CPU. По шине процессора производится обмен  данными между ЦП, памятью и  другими устройствами.

Внутренняя тактовая частота  определяет в значительной мере скорость работы процессора. Она указывает, сколько  элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Данная частота указывается в прайс-листах фирм, продающих процессоры. Эта  величина является произведением частоты  системной шины, подаваемой от кварцевого резонатора на внутренний коэффициент  умножения. Этот коэффициент определяется подачей напряжения на определенные контакты CPU. Например, 266*5=1330 Мгц.

Память

Оперативная память.

Оперативная память. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень  быстро, однако содержащиеся в ней  данные сохраняются только пока компьютер включен. Часто для оперативной памяти используют обозначение RAM (random access memory, то есть память с произвольным доступом). Поскольку элементарной единицей информации является бит, то оперативную память можно рассматривать как некий набор элементарных ячеек, каждая из которых способна хранить один информационный бит. 

Оперативная память, предназначенная  для хранения информации, изготавливается  в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются  БИС памяти. Модули памяти могут  различаться между собой по размеру  и количеству контактов (SIMM или DIMM и DDR RA). Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, т.е. частота, с которой происходят операции записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают частоту 133 МГц и выше.

Каждый элемент памяти определяется своим адресом. Элементы памяти объединяются в корпусе микросхемы, а последние, в свою очередь, размещаются  на специальных небольших печатных платах (модулях). Эти платы вставляются  в специально предназначенные для  них слоты на материнской плате так называемые банки (Banks). Под банком понимают один или несколько разъемов, объединенных в логическую единиц.

Основными характеристиками оперативной памяти являются:

■пропускная способность;

■вид структуры(технология реализации) памяти;

■разновидность модуля(форм-фактор, конструктив) памяти.

■объем(размер) ОЗУ модуля памяти;

Главной характеристикой  памяти является ее пропускная способность, то есть максимальное количество данных, которое можно считать из памяти или записать в память в единицу  времени. Именно эта характеристика прямо или косвенно отражается в  названии типа памяти.

Кеш(cashe)-память.

Для ускорения доступа  к оперативной памяти в современных  быстродействующих компьютерах  применяется специальная "сверхбыстрая" ("сверхоперативная") память, которая  называется кэш-памятью и является как бы буфером между очень  быстрым процессором и достаточно медленной оперативной памятью. Ее начали использовать начиная с 486 компьютеров и сейчас используют во всех современных моделях ПК.

Кэш-памятью управляет  специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего  понадобятся в ближайшее время  процессору, и подкачивает их в  кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны  нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая  информация в кэше отсутствует, то процессор  считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение  числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Современные микропроцессоры  имеют встроенную кэш-память, так  называемый кэш первого уровня (внутренняя кеш-память), которая обозначается L1(Level 1) и имеет размер порядка 64-128 Кбайт. Ее назначение – согласование скорости работы процессора и внешней кэш-памяти.

Кроме того, существует кэш  второго уровня(внешняя кеш-память), которая обозначается L2(Level 2) и имеет ёмкость от 128 Кбайт до 256 Кбайт и выше. Главная задача внешней кэш-памяти – организовать обмен данными между процессором и памятью с наименьшим количеством тактов ожидания. В настоящее время существует три схемы размещения кэш L2:

■Кэш L2 вынесен на системную  плату и подключен к шине памяти так же как и основная память. Это самый медленный вариант – кэш работает на внешней частоте ЦП.

■Кэш L2 подключен к отдельной  шине, называемой шиной кэша (Back Side Bus – BSB). Выигрыш по сравнению с предыдущим вариантом более чем в 2 раза, т.к шина кэша более скоростная, чем шина памяти. Шины кэша и памяти действуют независимо друг от друга. Такое решение впервые применено корпорацией Intel в ЦП Pentium II и названо ею Dual Independent Bus (DIB) – двойная независимая шина. Данное решение реализуется небольшой процессорной платой, на которой размещаются ЦП, кэш L2 и BSB. Плата вставляется в слот системной платы аналогично картам устройств. Такое решение используется в ЦП Intel Pentium II/III.

■Кэш L2 встроен в ЦП и  работает на полной внутренней частоте  ЦП (шина BSB встроена в ЦП и близость L2 и ЦП дает возможность поднять  частоту кэша до внутренней частоты  ЦП). Впервые это решение было реализовано Intel в ЦП Celeron.